南水北调中线工程系杆拱桥施工监控浅谈

□周学友 □杨永来（南水北调中线工程建设管理局）

□王亚兵（河南省水利第二工程局）

1 工程概况

南水北调中线干线淅川段工程位于河南省淅川县和邓州市境内，根据工程要求，干渠沿线布置有6座93 m跨径简支下承式钢管混凝土无推力系杆拱桥，桥梁整体结构体系为内部高次超静定、外部静定结构。主拱拱肋采用等截面哑铃形钢管混凝土结构，拱轴线为二次抛物线，计算跨径90 m，计算矢跨比为1/5，桥面有效宽度为7.7 m。

由于系杆拱桥内部高次超静定，技术含量高，施工难度大，施工过程中温度、施工荷载变化等因素，使桥梁在施工过程中各节段的应力、位移变化频繁，加上结构材料的实际物理力学参数的影响，结构的应力、应变，吊杆索力不可能与设计计算值保持一致，而拱肋线形一旦形成，很难调整。因此必须在施工过程中建立计算机随时跟踪系统，对桥梁施工过程的位移、应力、温度和吊杆索力等进行监测并采取行之有效的调控措施，确保桥梁施工和运行安全。

2 施工监控的主要内容

2.1 理论分析

理论分析是为了准确模拟系杆拱桥施工过程的力学行为，采用专用软件进行大桥结构的数值仿真分析，为现场施工监控提供理论数据。

2.2 基础资料收集

收集与监控有关的基础试验资料，包括混凝土各龄期弹性模量和强度、气候资料、工期进度安排、施工荷载在桥上布置位置与数值等。

2.3 施工监控

淅川段6座系杆拱桥的施工监控采用自动适应的控制方法，全面考虑影响桥梁结构状态的各种因素和设计目标，在施工过程中，用参数识别系统不断地对结构计算模型中所用的计算参数（如混凝土弹模、容重等）进行识别修正，使结构计算模型和实际结构磨合一段时间后自动适应结构的物理力学规律，减小理论值与实测值的偏差。监控环节主要包括系杆（系杆、纵梁和横梁）的浇筑阶段、拱肋吊装阶段、拱肋支架的拆除阶段、吊杆及系杆预应力的交替张拉阶段和成桥阶段。

2.3.1 系杆浇筑阶段

一是建立好施工监测的平面和高程控制网，对支架进行预压，开始支架预压过程的变形监测。监测内容为支架的弹性变形和非弹性变形。支架预压过程中可以消除支架的非弹性变形，在主梁立模时应考虑支架的弹性变形。二是桥面系的混凝土浇注过程中监测支架的变形，同时在系杆内预埋系杆应力测试元件、温度测试元件和设置变形观测点。

2.3.2 拱肋安装阶段

一是拱架进行预压，预压过程中监测拱架的变形。监测内容为拱架的弹性变形和非弹性变形。拱架预压过程中可以消除拱架的非弹性变形，在拱肋立模时考虑拱架的弹性变形；二是拱肋合拢前进行为期3 d的全天候监测，监测合拢段梁端拱肋随时间和温度的变化规律，确定最佳的合拢时间；三是拱肋混凝土浇注过程中监测拱架的变形，同时在拱肋内预埋拱肋应力温度测试元件和设置变形观测点。

2.3.3 拱肋的卸架阶段

一是根据数据进行拱架卸架的稳定性分析，并提供拱架的卸架程序。二是在拱架的卸架过程中，及时监测已预埋各点的应力和拱顶及l/4截面的空间变位。该阶段是关键施工阶段，施工时应严格按照拱架卸落程序进行卸架，监控单位也要加强本阶段的监测并及时分析。

2.3.4 吊杆及系杆预应力的交替张拉阶段

一是根据已有监测数据和设计的成桥内力及线形，进行结构分析。若按原设计的张拉方案可以满足成桥内力和线形的要求，则按原设计方案进行张拉；如果以前施工的累计偏差影响成桥内力和线形，则调整吊杆和系杆预应力的张拉批次和张拉力，重新制定张拉方案，报请设计方验算并批复。二是在每批吊杆或系杆预应力张拉前和张拉后，进行已预埋各应力和变形测点的测试，以及已张拉吊杆的索力测试。三是根据每次张拉后的理论值和实测值的误差，经参数识别和结构分析，对后续施工进行小范围调整，以保证成桥内力和线形；如果需较大的调整，需报请设计单位验算并批复后实施。四是全部吊杆张拉完成后，根据结构的应力、变形和吊杆索力的测试数据，进行吊杆张拉力的调整，保证成桥内力和线形，吊杆张拉力的合理和优化。最后一次张拉应在夜间温度稳定时段进行。

2.3.5 成桥阶段

成桥后，根据天气情况进行≥3 d的全天候观测，分析桥梁成桥后的力学参数。

3 施工监控实施措施及注意事项

一是系杆拱桥的施工监控是一项系统而复杂的工作，工序交错且涉及多家参建单位。因此，桥梁开工前应由建管单位牵头组建有监控单位、设计单位、监理单位和施工单位共同参与的监控工作小组，制定相关工作制度，在整个施工过程中对监控工作进行协调、组织和监督，确保监控工作及时有效地开展；二是现场测定工作由施工单位和监控单位平行进行，以便于现场及时校对，同时由监理单位进行监督。桥梁每一施工阶段完成后，有关数据应统一汇总至监控单位，由监控单位进行数据分析后，下达下一施工阶段的控制指令并经参建各方签认执行后，方可进行下一阶段的施工；三是严格控制监控观测时间，模板定位和吊杆张拉前后的测试工作必须回避日照温差的影响，确保监控观测数据的代表性；四是在各施工阶段，若结构内力和结构变形与设计目标出现较大偏差，应及时调整，避免累计造成不可调偏差。在成桥后，较小的内力偏差可通过吊杆张拉力和张拉顺序调整。

4 施工监控成果

通过对南水北调中线工程淅川段6座系杆拱桥施工过程中关键阶段、关键截面的变形、应变和吊杆张力的监测情况来看，成桥后两个拱肋标高差在10 mm之内，拱肋轴线偏差在15 mm之内。吊杆张拉完成后，吊杆实测索力与理论计算值误差在±5%之内。在各个施工阶段，系梁拱肋应力实测值均为压应力，实测数据与理论数据基本符合，成桥线形和内力均满足设计要求，同时施工监控为大桥的顺利安全施工提供了必要保障。

[1]范海军，曹建安，曹霖.下承式钢管混凝土系杆拱桥施工监控概述[J].公路工程,2012（02）.

[2]余海涛，管同心，从贺.混凝土系杆拱桥的施工监控[J].现代交通技术,2009（6）.